Sławomir KOZAK Szczególne właściwości nadprzewodników

Sławomir KOZAK
MODELOWANIE ELEKTRYCZNYCH URZĄDZEŃ
NADPRZEWODNIKOWYCH
1
Szczególne właściwości nadprzewodników umoŜliwiają budowę urządzeń
elektrycznych o parametrach nieosiągalnych przy stosowaniu materiałów
konwencjonalnych. Urządzenie elektryczne nazywamy nadprzewodnikowym, jeŜeli w
swej budowie zawiera elementy wykonane z nadprzewodnika i pracujące w stanie
nadprzewodzącym. Badania eksperymentalne urządzeń nadprzewodnik-owych są
kosztowne i czasochłonne. Modele numeryczne zweryfikowane wynikami badań
eksperymentalnych pozwalają na badanie kompleksowe oraz analizę zjawisk
zachodzących w urządzeniach nadprzewodnikowych. Badać i analizować moŜna
wzajemne wpływy parametrów i wielkości fizycznych, których pomiar byłby trudny
czy wręcz niemoŜliwy. Zmiana geometrii urządzeń w modelach numerycznych nie
pociąga za sobą wysokich kosztów związanych z budową modeli fizycznych urządzeń
nadprzewodnikowych.
Elektryczne urządzenia nadprzewodnikowe buduje się jako stałoprądowe oraz
przemiennoprądowe, z ruchomymi częściami i bez ruchomych części. Zjawiska w nich
zachodzące są róŜnej natury: termicznej, elektrycznej, magnetycznej w środowiskach
liniowych i nieliniowych. Ponadto praca urządzeń nadprzewodnikowych jest związana
ze zjawiskami ruchu i zderzeniami cząstek, z hydrodynamiką roztworów i zawiesin, z
napręŜeniami mechanicznymi i z innymi zjawiskami. KaŜdy rodzaj urządzeń wymaga
więc innego podejścia przy tworzeniu modeli numerycznych uwzględniającego
specyfikę pracy, budowę i zjawiska decydujące o działaniu.
W pracy omówione zostały główne zagadnienia dotyczące budowy urządzeń
nadprzewodnikowych i ich chłodzenia mające związek z modelowaniem
numerycznym urządzeń nadprzewodnikowych.
Zaprezentowano 3 sposoby tworzenia modeli numerycznych urządzeń nadprzewodnikowych: modele numeryczne utworzone w narzędziowym programie
polowo-obwodowym FLUX2D, numeryczne modele hybrydowe wykorzystujące
własne programy obliczeniowe autora, sterujące współpracą z narzędziowymi
programami polowymi FLUX2D i PC-OPERA oraz model numeryczny wykorzystujący własny program obliczeniowy.
Wykazano, Ŝe poprzez zaawansowane programowanie oraz odpowiednie wykorzystanie polowo-obwodowych programów narzędziowych moŜna tworzyć modele
numeryczne urządzeń nadprzewodnikowych.
W pracy przedstawiono 10 szczegółowych modeli numerycznych i matematycznych uwzględniających specyfikę zjawisk w krioprzepustach prądowych,
nadprzewodnikowych elektromagnesach SMES-ów i separatorów magnetycznych,
nadprzewodnikowych separatorach magnetycznych oraz nadprzewodnikowych
ogranicznikach prądu. Modele numeryczne zweryfikowane zostały badaniami
eksperymentalnymi.